神山灰巖礦溜井擴挖工程爆破施工

唐洪佩 黃 娜

（1．宏大爆破工程集團有限責任公司；2．安徽神劍科技股份有限公司）

隨著我國礦山工程建設的不斷發展，礦石運輸過程中所使用的溜井也朝著超深、超大直徑方向發展。溜井開挖方法一般采用正井法、反井法或正反混合法，其中反井法最為普遍。而在地質條件復雜的喀斯特地貌礦區，受溶洞、裂隙等不良地質條件影響，反井法開挖易導致邊幫、平硐垮塌，造成嚴重的安全隱患，因此宜采用正向擴挖掘進施工方案［1-4］。神山灰巖礦溜井擴挖工程對傳統的溜井爆破擴挖工藝進行改進，并采用光面爆破技術進行施工。

1 工程概況

神山灰巖礦1#溜井位于安徽省池州市神山山體中部靠近西側山坡，井口凈直徑為8 m，井口平臺標高為+325 m，1#溜井口段（+316 m標高以上）采用C30混凝土支護，井身及儲料倉段無支護。1#溜井井深約為255.8 m。溜井中心已使用天井鉆機施工形成一條直徑3.0 m的先導孔。礦區范圍內第四系地層厚度薄，植被較發育，溜井井身均為灰巖，天然狀態下巖石飽和抗壓強度為20.6～94.6 MPa，屬堅硬、半堅硬巖石，圍巖為Ⅳ～Ⅲ級。在溜井擴挖施工期間，井壁地質條件十分復雜，擴挖過程中遇到大小不一的溶洞，并且一直伴隨裂隙、破碎帶、夾泥層，施工中易發生邊幫垮塌，施工難度較大。

2 施工方法

由于溜井井身段圍巖為Ⅳ～Ⅲ級，斷面較大，部分層理發育段圍巖分級為Ⅳ級，巖體完整性一般，且溜井中心的導孔無支護，反向掘進存在一些安全不利因素，不宜采取爬罐反井開挖法、吊籠反井開挖法或反井鉆機成井法；根據本溜井工程、底部運輸及平硐布置條件，采用正向擴挖掘進，通過溜井中心導孔向下溜碴、底部運輸平硐出碴的開挖施工方案。

傳統的直接爆破降段法主要通過鉆密孔、加藥量，使得礦石爆破塊度縮小，直接進入溜井。但爆破施工工程較繁瑣，爆破后輪廓面破碎不一，爆破后產生的大塊易造成溜井堵塞，裝藥部分則會出現過度破碎的現象，不利于爆破后圍巖的穩定性。本溜井井筒在擴挖施工中采用鉆垂直孔自上而下依次進行導洞法光面爆破作業，并使用了低能量密度的光面爆破炸藥配合非電毫秒起爆系統進行起爆，確保圍巖輪廓面光滑、平整。針對裂隙較為發育部位的周邊孔，采用“多鉆孔、少裝藥”布孔模式，鉆孔后下放PVC管，孔壁間充填水泥砂漿封堵，管內裝藥卷，以減少爆破氣體的泄露，降低大塊率。采用高精度導爆管雷管分段起爆方式嚴格控制爆破振動，最大限度地減弱爆破作用對松散圍巖的擾動，保障圍巖的穩定性。

3 鉆爆施工參數

3.1 鑿巖作業

采用YT—29型鑿巖機打眼，鉆桿選用?26 mm六角中空鋼釬桿，鉆頭為?38 mm的一字型鉆頭，炮眼深度為4.0 m，孔徑為42 mm。根據類似圍巖的施工經驗，崩落眼間距為1.24～1.33 m，排距為0.9～1.0 m，周邊眼（光爆眼）間距為0.55 m。通過破碎帶時，崩落眼間距為1.0～1.1 m，排距為0.8～0.9 m，周邊眼（光爆眼）間距為0.443 m。無水炮孔采用?32 mm卷裝改性銨油炸藥，含水炮孔采用?32 mm卷裝乳化炸藥、塑料導爆管非電起爆系統、毫秒延期導爆管雷管進行爆破。爆破網路采用并聯，崩落眼采用塑料導爆管反向聯接，從炮孔底部開始連續裝藥，周邊眼采用導爆索間隔裝藥結構。

溜井擴挖掘進斷面積S=43.20 m2，具體炮眼布置詳見圖1。

鑿巖應該嚴格按照設計要求施工。首先，開孔要準確，按標定的炮眼位置作業；其次，要控制好炮孔方向，確保炮眼方向平行于井筒中心線；最后，還要保證炮孔深度和角度符合要求。鉆眼完成后，要進行驗孔。檢查炮眼深度、角度、孔的完好度以及含水情況等并做好記錄，不符合要求的炮眼需要重新鉆孔，經檢查合格后方能使用。

3.2 光面爆破參數的確定

根據本工程巖石的巖性和所使用的鑿巖設備，選定孔徑D為42 mm。

循環進尺是井巷掘進每完成一個掘進循環工作面向前推進的距離。通常用炮眼深度與炮眼利用率估計，1#井筒共進行2次擴挖作業。井筒最大循環進尺L：

式中，D為井筒厚度，8 m；η為炮眼利用率，90%。

因此，設計確定每循環掘進進尺為3.6 m，光面孔炮眼深度取4.3 m。在實際施工中應根據巖性和臨空面的情況，調整各炮眼鉆孔深度，使所有炮眼眼底處于同一水平面上。

周邊眼布置在距開挖斷面邊緣0.1 m處，其眼底朝開挖輪廓線外傾斜2°。Ⅱ、Ⅲ級圍巖周邊眼的間距取0.55 m，Ⅳ級圍巖及破碎帶取0.5 m。根據本工程圍巖條件，設計確定周邊眼間距a=0.55 m

光爆層厚度W就是周邊眼最小抵抗線，一般為孔徑D的10～20倍。它指周邊眼到鄰近輔助眼的距離，與開挖的井巷斷面大小有關，一般斷面越大，光爆眼所受到的夾制作用越小，巖石越容易破碎崩落，光爆層厚度W取值可以相對較大。同時，光爆層厚度還受巖石的性質和地質構造的影響，堅硬巖石W值可相應偏小，松軟破碎巖石的W值可稍偏大。光爆層厚度W一般為0.5～0.8 m，根據神山灰巖礦的Ⅲ、Ⅳ級圍巖及破碎帶情況，W取0.6 m。

周邊眼密度系數m是影響爆破效果的一個重要指標，一般取值為0.8～1.0，本施工設計中m=a/W=0.91，符合取值要求。

質子交換膜燃料電池是一個多輸入、多輸出、不確定的非線性時變的強耦合系統[21]，冷啟動過程中受系統結構、操作參數和其他因素影響，為了實現PEMFC冷啟動，目前國內外許多學者對其冷啟動方法進行研究，以此來實現電池冷啟動。文中主要介紹其冷啟動研究現狀。

炸藥單耗量q對炮孔利用率、爆后巖石的塊度大小、裝巖效率、開挖壁面的平整程度以及圍巖的穩定性都有較大的影響［5］，它取決于巖性、臨空面、炮孔直徑、炮孔深度以及所用炸藥的品種、性能等多種因素，本工程q值取1.0 kg/m3。其次是光面爆破單孔裝藥量Q的計算，即Q=qa W=0.33 kg。

井筒擴挖過程中，按照先崩落孔后周邊孔的順序進行爆破，崩落眼按圈數由內而外起爆，為后續炮孔爆破創造自由面，周邊眼最后同段起爆。起爆順序如圖2所示。光面爆破具體參數見表1。

3.3 裝藥爆破

裝藥前，先使用高壓風清理工作面，處理井筒邊幫浮石，再按照爆破圖表中的裝藥量，安排專人分清相應的導爆管段數進行裝藥。裝藥完成后，堵塞段需用炮泥堵塞嚴實，堵塞長度不小于250 mm，光爆眼堵塞長度不小于300 mm。

?

爆破網路采用并聯連接，要確保導爆管雷管爆破網絡連接正確，并注意連接次序。光爆眼采用導爆索起爆。

為滿足裝藥結構要求，光爆眼可借助導爆索來實現空氣間隔裝藥。應針對不同圍巖類型設計炮眼布置及爆破設計說明書，按設計要求施工。

實際施工中還需根據工程所揭露巖性的變化和實際爆破效果，及時對炮眼數量、深度、角度等爆破參數進行調整。

對于軟弱圍巖地段，應適當增加井筒周邊光爆孔數量，少裝藥、弱爆破，減少爆破對圍巖的破壞，提高爆破效果，保證井筒斷面的成形質量。如揭露后巖石穩定性很差，還須減少孔深，降低循環進尺，減少一次爆破的炸藥量，采用短段多循環爆破作業方式施工。

3.4 掘進通風工作

在春秋季節，井上下溫差小，自然通風條件差的情況下，為加快施工進度，設計使用局扇輔助通風，采用壓入式通風。在溜井井口上風向10 m以外布置局扇，加裝風筒向作業面輸送新鮮風流。在井筒擴挖爆破作業后，力爭在短的時間內將污風排走，縮短作業循環時間，改善作業環境。

3.5 爆破效果

井筒擴挖爆破后，崩落的大部分礦巖粒徑在20 cm以下，能順利通過溜井中心導孔落到溜井底部，采用ZL—50型裝載機裝車配同力TLK220B型坑道用14 t自卸車出碴。炮眼利用率在92%以上，原巖炸藥單耗為0.76 kg/m3，遠小于設計值，有溶洞區域未出現藥卷掉入而造成盲炮等情況，實現了安全生產；少部分留在作業平臺上的礦巖采用人工清碴，每循環進尺可達3.6 m，施工速度穩定，效率能滿足施工設計要求。具體效果參數見表2。

4 結論

?

（1）神山灰巖礦溜井井筒在擴挖施工中采用鉆垂直先導孔自上而下依次進行光面爆破作業，相較于傳統豎井掏槽爆破，采用先導孔預先創造自由面有效提高了爆破效果，降低了大塊率，節約了鉆爆成本。結合低能量密度的光面爆破炸藥和非電毫秒起爆系統進行起爆，有效保障了圍巖輪廓面光滑、平整。

（2）針對裂隙較為發育部位的周邊孔，采用“多鉆孔、少裝藥”布孔模式，鉆孔后下放PVC管，孔壁間充填水泥砂漿封堵，減少爆破氣體的泄露，降低大塊率。采用高精度導爆管雷管分段起爆方式嚴格控制爆破振動，最大限度減弱爆破作用對松散圍巖的擾動，保障圍巖的穩定性。爆后炮眼利用率在92%以上，原巖炸藥單耗為0.76 kg/m3，遠小于設計值，有溶洞區域未出現藥卷掉入而造成盲炮等情況，無堵塞問題出現，實際爆破效果良好。